KR900006121B1 - 도우펀트 운반 화합물로서 테트라메틸주석을 사용하는 반도체 재료층의 에피택셜 증착방법 - Google Patents

Abstract

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Description

도우펀트 운반 화합물로서 테트라메틸주석을 사용하는 반도체 재료층의 에피택셜 증착방법

본 발명은 도우프된(doped) 에피택셜 반도체 층의 화학증착(CVD)성장방법에 관한 것으로서, 특히 주석 도우프된 화합물 및 화합물 합금 반도체 층을 에피택셜 성장시키기 위해 금속유기 화학증착(MOCVD)반응기 시스템에서 도우펀트 공급원으로서 테트라메틸주석(TMT)을 사용하는 방법에 관한 것이다.

금속유기 화학증착기술은 일반적으로 적당한 기판의 표면상에 반도체층을 에피택셜 성장시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 이 기술은 통상적인 반도체 기판의 면적과 대등한 면적에 걸쳐서 약 100Å 내지 수 마이크로미터(μm)이상의 법위내에서 제어된 두께를 갖는 균일한 에피택셜 층을 성장시킬수 있다. MOCVD의 가장 일반적인 응용은 GaAs기판의 표면상에 갈륨비소(GaAs)에피택셜 층을 제공하는 것이지만, 이 MOCVD기술은 이에 한정되지 않는다. 이 기술은 일반적으로 가열된 기판표면에 아주 근접하게 다수의 증기상 금속 알킬 및 수소화물올 제공하는 것을 포함한다. 온도는 알킬 및 수소화물이 분해됨으로써 각각의 금속/반도체 화합물들이 추가 반응하여 기판의 표면상에 화합물 반도체 재료층으로서 증착될 수 있도록 알킬 및 수소화물의 분해온도보다 적당히 높게 되도록 엄격히 제어된다. 또한 남아 있는 유기 분획물은 더욱 반응하여 일반적으로 기판부근으로부터 용이하게 제거될 수 있는 고휘발성의 요염시키지 않는 증기상 화합물을 형성한다. GaAs에피택셜 층을 형성하기 위해, 전형적으로 트리메틸갈륨(TMG) 및 아르신(arsine)이 사용된다. 이상적인 반응과정은 다음과 같다.

트리메틸알루미늄과 같은 알킬 및 포스핀(phosphine)과 같은 수소화물을 추가로 사용하여 Al_xGa_1-xAs_yP_1-y와 유사한 바람직한 조성을 갖고 있는 화합물 및 화합물 합금 에피택셜 층들을 형성할 수 있는데, 이 경우 x 및 y는 0과 1사이에서 독립적로 변할 수 있다. 또한, 알킬과 수소화물은 증착된 원소 반응물의 분획물이 바람직한 캐리어 농도 및 전도도 형태로 에피택셜 층을 도우프하도록 적당히 선택될 수 있다.

GaAs 에피택셜 층의 성장시, p-형 전도도는 디메틸아연의 분해에 의해 제공된 아연 도우펀트의 증착에 의해 얻어질 수 있다. 이에 대응하여, n-형 전도도는 황화수소의 분해에 의해 제공된 황 도우펀드의 증착에 의해 얻어질 수 있다.

일련의 에피택층을 얻기 위해, 특히 연속 증착방법을 사용하여 제조된 반도체 장치들을 위한 매우 바람직한 응용예가 다수 있다. 또한, 층간에 계단상 접합이나 정밀한 경사상 접합을 갖고, 또한 도우펀트의 정확한 농도를 제공하여 특정한 전도도 형태, 캐리어 농도 및 도우펀트 분포를 실현함으로써 추가 잇점들을 얻을 수 있다. 그러나, 실제로, 다수의 상호 관련된 문제점들이 이러한 연속 도우프된 에피텍셜 층들의 가공을 방해해 왔다. 주된 문제점은 증기상 금속유기 화합물과 같이 기판에 근접하여 적당히 운반될 수 있는 도우펀트종의 확인과 관련이 있다. 은과 같은 다수의 잠재(potential)도우펀트는 유용한 금속유기 화합물을 형성하지 못한다.

다른 문제점은, 금속-유기화합물이 분해된 후, 도우펀트가 성장하는 에피텍셜 층에 물리적 또는 전기적으로 혼입되지 못한다는 점이다. 층중에 물리적으로 혼입되지 않으면 일반적으로 "표면적상(surface pile-up)"이라고 알려진 현상이 일어난다. 이 현상은 에피택셜 층의 성장표면에 존채하는 각종 물질사이에서의 반응속도론적 상호작용(kinetics interaction)에 기인된다. 증착과정이 진행될때, 도우펀트 종은 격차위치로부터 성장 표면의 직하방으로 일정하게 밀려난다. 결국 하부 에피택셜 층은 효과적으로 도우프되지않은 상태로 남게 된다.

도우펀트 종들이 전기적으로 혼입되지 못하는 것은 주로 특정한 반도체 성장재료에서 높은 양쪽성(amphoteric)특성을 갖고 있는 도우펀트 종 때문이다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 양쪽성 도우펀트는 공여체(donor)및 수용체(acceptor) 모두로서 반도체 격자 내의 빈공간을 채우려는 성질을 갖고 있다. 고 양쪽성 도우펀트는 1에 근접하는 공여체형 대 수용체형의 공간 충진비를 갖고 있다. 이 비는 자기 보상비라고도 알려져 있으며, 도우펀트가 특정한 전도도 형태로 도우펀트와 같이 전기적으로 활성화되지 못하며, 이에 의해 층내의 캐리어 농도에 기여하는 정도를 표시하는 것이다.

정확하게 도우프된 에피택셜 층의 MOCVD성장법에 수반된 다른 문제점은 반응기 시스템 또는 기판을 효과적으로 오염시키는 금속유기 운반 화합물을 사용하는 것과 관련이 있다. 이 운반 화합물은 기판에 근접할때까지 증기상으로 유지되어야 한다. 반응기 시스템 내의 튜브벽에서 응축 및 후속되는 이 튜브 벽으로부터의 증발은 성장된 에피택셜 층의 도우프를 지연시킴으로써 부적합한 도우프를 초래한다. 이는 또한, 성장층과 이미 존재하는 층 사이의 접합부는 물론, 에피택셜 층의 예측할 수 없는 도우펀트 기울기를 초래한다. 이 부적당하게 지연된 도우핑을 일반적으로 "기억-효과(memory effect)"현상이라 한다.

또한, 도우펀트 운반 화합물은 기판에 충분히 근접했을 때에만 분해가 일어나도록 제어할 수 있도록 적당히 좁은 분해 온도범위를 가져야 한다. 기판으로부터 너무 먼 거리에서 도우펀트 운반 화합물이 분해되면 도우펀트가 반응기 벽에 증착되어 반응기 시스템이 심각하게 오염된다. 이러한 증착물들을, 반응기로부터 제거되지 않으면, 부적절하게 증착된 도우펀트가 후속 에피택셜 성장 중에 서서히 증발하여 층을 예측치 못하게 도우프시킨다. 따라서, 이들 증착물은 지연된 도우펀트원으로서 작용하는데, 이는 궁극적으로 기억-효과 현상을 일으키기도 한다.

결국, 도우펀트 운반 화합물 자체는 분해후 오염성 반응 생성물을 생성하지 않아야 한다. 화합물 중 비도우펀드 분획물은 기판이나 반응기 시스템을 오염시킴이 없이 기판 근처에 쉽게 제거될 수 있도록 고휘발성이어야 하고, 운반 화합물 캐리어 가스(통상은 수소)와 비반응성이거나, 특히 반응성이어야 한다. MOCVD 성장된 에피택셜 층들의 지연된 도우핑은 도우펀트 운반 화합물의 응축 및 반응기 시스템 내의 도우펀트의 부적당한 증착없이도 발생할 수 있다. 에피택셜 층 증착의 초기 단계에서, 이미 증착된 에피택셜 층은 지연된 도우펀트원으로서 작용할수 있다. 하부층내의 도우펀트들은, 그의 특정한 휘발성에 비례하여, 성장 에피택셜 층내로 완전히 확산된다. 그러므로, 2개의 에피택셜 층 뿐만아니라, 이들 사이의 접합부는 2개의 층들의 상대적인 전도도 형태에 따라 예측할 수 없는 기울기를 갖게 되거나 보상된다.

본 발명의 일반적인 목적은 용이하게 재생 가능한 주석 도우프된 화합물 및 합금반도체 에피택셜 층의 MOCVD성장을 허용하는 금속유기 운반 화합물을 제공하는 것이다. 이 목적은 금속-유기화학 증착시스템에서 수행되는 공정에서 테트라메틸주석을 포함하는 공급원으로부터 얻어진 원소종을 포함하는 반도체 재료층의 에피택셜 증착을 제공함으로써 본 발명 내에서 달성된다.

본 발명의 잇점은 운반 화합물로서 테트라메틸주석을 사용함으로써 기판 또는 반응기 시스템을 거의 오염시키지 않는다는 점이다.

본 밭명의 다른 잇점은 테트라메틸주석의 분해 결과로서 증착된 주석이 높은 물리적 및 전기적 혼입효능을 갖는다는 점이다.

본 발명의 또 다른 잇점은 테트라메틸주석은 높은 증기압을 갖고 있지만, 주석이 비교적 낮은 증기압을 갖고 있어 배합시 지연된 도우핑의 발생을 효과적으로 방지할 수 없다는 점이다.

본 발명의 다른 잇점은 테트라메틸주석이 주석합금 화합물 반도체 재료 에피택셜 층들의 성장시에 원소주석을 제공하기 위해 사용될 수 있다는 점이다.

본 발명의 다른 부수적인 잇점들은 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 명백히 알 수 있게 될 것이다.

명료하게 하기 위해, 이하의 상세한 설명 및 III-V족 화합물 반도체 에피택셜 층, 특히 MOCVD에 의해 성장된 GaAs층내에 n-형 도우펀트를 제공하는 첨부된 실시예에서 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 진정한 범위는 이보다 더 넓다. 본 발명은 III-V족 화합물 합금 반도체 재료로 구성된 에피택셜 층의 MOCVD성장에 유리하게 사용될 수 있을 뿐만아니라, ZnAs, ZnP, In_xTe_y를 포함하는 다수의 바람직한 II-V족 및 III-VI족 화합물 및 화합물 합금 반도체 재료들로 구성된 에피택셜 층의 MOCVD성장에도 유리하게 사용될 수 있다. 물론, 이 층들의 특정한 전도도형태는 성장된 반도체 재료의 특정한 성분비에 따라 변하는데, 주석은 인호인듐과 같은 특정 화합물 내에서는 공여체로서 작용하고, 인화아연과 같은 화합물 내에서는 수용체로서 작용한다. 또한, 본 발명은 탄화주석실리콘과 같은 화합물 합금 반도체 에픽택셜 층의 합금성분으로서 주석을 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 최종적으로, 본 발명은 미합중국 특허 제4,108,l06호, 동 제3,916,822호, 동 제3,704,987호 및 동 제3,633,537호에 나타낸 MOCVD반응기 시스템들을 포함하는 거의 모든 종래의 MOCVD반응기 시스탬내에서 유리하게 사용될 수 있다. 이러한 응용예들은 모두 첨부된 특허 청의 범위에 의해 특히 한정되는 본 발명의 범위내에 포함된다.

본 발명에 따르면, 유기-금속화합물인 테트라메틸주석[(CH₃)₄Sn], 즉 TMT가 종래의 MOCVD반응기 시스템내에서 성장된 GaAs 같은 화합물 반도체 재료의 에피택셜 층을 주석 도우핑시키기 위해 제공되는 도우펀트 운반 화합물로서 효과적으로 사용된다. 캐리어 가스, 바람직하기로는 수소에 의해 픽업(pick up)되어 반응실내로 운반되는 운반 화합물의 몰 분율을 제어하기 위해서, TMT의 저장기는 전형적인 버블러(bubbler)용기내에 유치된다. 이 TMT원으로부터 캐리어 가스에 의해 픽업되는 TMT운반 화합물의 몰분율은 두가지 방법으로 제어할 수 있다. 첫 번째 방법은 TMT를 캐리어 가스로 픽업할 수 있는 상이한 방법들을 사용하는 것이다. 이 방법들은 TMT원을 통과하는 캐리어 가스를 간단히 버블링시키는 것을 포함한다. 다른 방법은 버블러 용기 내에서 캐리어 가스를 TMT표면상으로 통과시키는 것이다. 이 경우에, 캐리어 가스 흐름에 제공된 감소된 TMT표면적은 자연히 TMT의 픽업되는 몰 분율을 더욱 감소시킨다. 또 다른 방법은 모세관 흐름이 제한된 TMT유출원의 출구에 의해서 또는 더욱 간단히 유출원으로서 효과적으로 작용하도록 TMT를 포함하는 종래의 버블러의 입구 및 출구관을 우회시킴으로써 캐리어 가스를 통과시키는 방법이다. 물론,유출원으로부터 픽업되는 TMT의 몰 분율은 이 세가지 방법들 중에서 가장 낮다.

픽업되는 TMT의 몰 분율을 제어하는 두번째 방법은 TMT의 온도를 상당히 저하시킴으로써 증기압을 낮추는 방법이다. TMT가 고온으로 유지되는 동일한 상황에 비해 더 적은 양의 TMT가 캐리어 가스에 의해 픽업된다. 물론, 온/증기압 제어방법은 TMT가 바람직한 몰 분율로 반응실내로 운반될 수 있도록 다수의 TMT버블러를 사용하는 픽업방법과 조합해서 사용될 수 있다.

유기금속 화합물의 정확한 사용에 있어서 가장 중요한 요인은 기억효과 현상을 제거하는 것이다. 상술한 바와 같이, 기억 효과 현상은 대부분 반응기 시스템내의 유기금속 화합물의 응축으로 인해 발생되고, 도우펀트가 에피택셜 층의 성장표면 대신 반응실의 내부 표면상에 부적합하게 증착됨으로써 발생된다. 유기금속 화합물의 응축은 반응기 시스템을 전체로서 유지시키고, 특히 증기상 운반 유기금속 화합물의 온도보다 높은 온도로 가스관 및 반응실 내부표면들을 유지시킴으로써 방지된다. 본 발명의 경우에, 가스관 및 반응실 내부표면은, TMT원이 약-20.6℃이하의 온도, 바람직하기로는 약-48℃내지 -110℃의 온도범위로 유지됨을 규정함으로써 거의 실온에서 편리하게 유지시킬 수 있다. -20.6℃에서, TMT의 증기압은 정상 대기압하에서 10mmHg이다. MOCVD반응기 시스템과 관련지어 볼때, 이것은 유용한 TMT몰 분율을 갖는 도우펀트 운반 화합물/캐리어 가스화합물을 얻는다는 점에서 충분히 제어할 수는 있지만, 높은 증기압이라고 생각된다. 그러나, TMT원의 증기압은 TMT의 동결점인 약-54℃이하로 TMT원의 온도를 점차로 저하시킴으로써 정확히 제어 가능한 방법으로 감소시킬 수 있다. TMT원이 일단 동결되면, 이 TMT원의 증기압은 TMT원의 온도를 계속 저하시킴으로써 더 낮은 비율로 제어 가능하게 감소시킬 수 있다. 실제로 필요한 TMT의 증기압은 약 -110℃이하로 TMT원의 온도를 저하시켜도 더 이상 감소되지 않는다. -20.6℃내지 -110℃의 온도범위는 넓은 증기압 범위에 해당한다. 그러나, TMT원의 증기압은 TMT원의 온도를 -273℃이하로 저하시킴으로써 더욱 감소시킬 수 있다. 그러므로, 양호한 TMT원의 온도범위는, 각종 버블러 형태와 조합해서 TMT의 캐리어 가스 픽업을 바람직한 몰 분율로 용이하고도 정확히 제어할 수 있게 하는 넓은 증기압 범위에 해당한다.

기판 성장 표면상에 운반 화합물의 도우펀트 분획물의 적당한 증착은 운반 화합물이 반응실 내에서만 분해되고 이 화합물이 에피택셜 성장표면에 아주 근접하게 도착하는 시간에 완전히 분해되도록 운반 화합물의 분해온도가 충분히 제한되어 기판 온도 이하로 되게 함으로써 효과적으로 향상시킬 수 있다. 물론, 기판의 온도는 특정방법으로 기판을 변화시킬 수 있는 온도 이하의 온도로 유지되어야 한다. 본 발명의 경우에, TMT의 분해온도 범위는 200℃내지 400℃이다. 기판의 온도를 이 범위 이상으로 유지시키면, 거의 모든 주석 도우펀트가 에피택셜 성장표면에 근접해서 TMT가 분해되어 에피택셜 성장표면상에 양호하게 증착된다. GaAs 에피택셜 층을 성장시키는 경우에, 기판은 일반적으로 트리메틸갈륨 및 아르신이 적당히 분배될 수 있도록 600℃ 내지 900℃로 유지된다. 결국, 바람직한 기판온도는 약 700℃이다.

반응실 벽에 부적합하게 증착되는 주석은 그의 증기압이 예외적으로 낮기 때문에(실제로는 종래에 MOCVD성장 GaAs 에피택셜 층내에서 n-형 도우펀트로서 사용되는 VI족 원소들 보다 더 낮음), 지연된 도우펀트로서 효과적으로 작용하지 못하게 된다. 부적합하게 증착된 주석은 반응기 표면으로부터 중발되지 않는다. 그러므로, 도우펀트로서 주석을 제공하기 위해 TMT를 사용하는 것으로 인한 기억 효과현상을 관찰할 수 없다.

또한, 분해반응의 유기성분들은 반응기 시스템 또는 기판 및 이 기판상에 있는 에피택셜 성장층들의 오염원으로서 작용해서는 안된다. 수소 캐리어 가스 및 주석, 갈륨 및 비소의 공급원으로서 TMT, 트리메틸갈륨(TMG) 및 아르신을 각각 사용하여 주석 도우프된 갈륨비소 에피택셜 층을 에피택셜 성장시키는 경우에, 각종 유기분해 분획물들은 상호 반응하여 직접메탄 및 과량의 수소를 형성한다. 메탄 및 수소는 모두 고휘발성이므로, 반응실, 에피택셜 층 또는 기판을 오염시키지 않고 반응기 시스템으로부터 용이하게 제거될 수 있다.

트리메틸갈륨 및 아르신과 함께 TMT가 조절 분해된후, 성장하는 GaAs 에피택셜 층에 물리적 및 전기적으로 혼입되는 성장 표면상에 주석이 증착된다. 도우펀트인 주석이 에피택셜 층에 물리적으로 혼입되는 것은 일반적으로 특정한 화합물 반도체 재료내의 주석의 고형분 용해도(solid solubility)로 정의된다. GaAs의 경우, 주석의 고형분 용해도의 한계치는 약 1×10¹⁹내지 1×10²⁰원자/cm³이다. 주석의 보다 높은 물리적인 혼입농도는, 얻을 수는 있지만 에피택셜 층에서 주석은 시간 및 온도에 의존하는 고체 침전과정을 거쳐야만 한다. 약 10²⁰원자/cm³이하의 농도에서 주석의 물리적 혼입은 분자 비임 에피택시(molecular beam apitaxy, MBE)와 같은 다른 증착기술을 사용할때와 같이 표면적상현상을 일으키는 에피택셜 층의 성장 표면에서의 표면 반응속도론적 효과에 의해 상당한 정도로 제한되지 않는다. 따라서, 주석의 물리적 혼입효율은 약 1×10¹⁵내지 10²⁰원자/cm3의 종래의 도우펀트 농도범위 전반에 걸쳐서 높다. 물론, 주석은(Si,Sn)C와 같은 주석합금 화합물 반도체 층의 주요성분으로서 제공될 경우 보다 높은 농도로 혼입될 수도 있다.

또한, 도우펀트인 주석의 전기적 혼입효율은 종래의 도우펀트 농도범위 전반에 걸쳐서 매우 높다. 주석은 특히 GaAs내에서, 비양쪽성 도우펀트 종이므로, 매우 낮은 자기 보상이 얻어진다. 또한, 주석의 균일한 물리적 혼입으로 인해, 도우프된 에피택셜 층의 전기적 특성은 종래의 도우핑 농도범위 전반에 걸쳐서 비변칙적이다.

MOCVD성장 에피택셜 층내의 주석의 실제농도는 모두 용이하게 제어할수 있는 다수의 종래의 반응기 시스템의 변수들에 따라 크게 변한다. 상술한 바와 같이, 주요변수는 캐리어 가스에 의해 픽업되는 TMT의 몰 분율이다. 버블러의 온도 및 그에 따른 TMT의 증기압과 캐리어 가스가 TMT를 통과하는 특정한 방법은 직접 제어할 수 있다. 다른 시스템 변수는 반응실로 유입되는 TMT를 포함하는 캐리어 가스의 유속이다. 이 유속이 높올수록 기판 부근으로 전달되는 TMT의 양이 더 많아지므로, 도우펀트 농도는 더 높아진다. 캐리어 가스의 유속은 전형적으로 종래의 MOCVD반응기 시스템들내에 제공된 바와 같이 버블러에 앞서 캐리어 가스 공급관 내의 질량 유동 제어벨브에 의해 용이하게 제어할 수 있다. 최종적으로 에피택셜 층 자체의 성장 속도는 시스템 변수로서 에피택셜 층에 혼입되는 주석의 농도에 직접 영향을 미친다. 주어진 한 셋트의 변수에 있어서, 에피택셜 층의 성장속도를 증가시키면, 에피택셜 층에 혼입되는 주석의 농도는 감소되게 된다. 물론, GaAs의 경우에, 에피택셜 층 자체의 성장속도는 캐리어 가스내에 존재하는 트리메틸갈륨 및 아르신의 몰 분율, 이에 대응하는 캐리어 가스의 유속 및 기판의 온도에 따라 변한다.

상술한 여러 파라미터들은 종래의 MOCVD반응에 있어서 용이하게 결정되며, 단지 간단하고 통상적인 실험만을 필요로 한다. 이하의 실시예들은 이러한 반응기에 있어서, 주석 도우펀트의 농도가 상당 범위에 걸쳐서 용이하고 재현성 있게 제어되는 것을 기술한 것이다.

[실시예 1]

약 700℃의 온도로 유지된 GaAs기판 표면상에 약 8×10¹⁸원자/cm³의 주석 도우펀트 농도를 갖는 GaAs에피택셜 층을 성장시켰다. 액체 트리메틸갈륨 함유 버블러를 통해 -l2℃의 온도에서 23cm³/분의 유속으로 수소를 통과시킴으로써 픽업되고, 13.2cm³/분의 유속으로 제공된 아르신 및 2,900cm³/분의 유속으로 제공된 수소와 혼합된 트리메틸갈륨을 대기압 MOCVD반응실 내로 통과시킴으로써 0.1μm/분의 에피택셜 성장 속도를 얻었다. 유출원 형태를 갖고 테트라메틸주석을 함유하며 약 -60℃의 온도로 유지된 통상적인 버블러의 출구관에 의해 10cm³/분의 유속으로 수소를 통과시킴으로써 픽업된 테트라메틸주석을 상기 혼합물과 추가로 혼합하여 반응실내로 통과시킴으로써 주석 도우프된 n-형 GaAs층을 에피택셜 성장시켰다.

에피택셜 층 성장속도를 감소시키고, 테트라메틸주석 공급원의 유지온도를 증가시키며, 액체 테트라메틸주석을 통하여 수소가스를 직접 버블링시킴으로써 균일한 물리적 및 전기적특성을 갖는 1×10¹⁹원자/cm³이상의 주석 도우핑 농도를 적절히 얻을 수 있었다.

[실시예 2]

약-48℃에서 액체상태로 유지된 테트라메틸주석 공급원을 통해 0.3cm³/분의 유속으로 수소를 버블링시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 성장 조건들을 사용하여 3.4×10¹⁸원자/cm³의 주석 도우펀트농도를 갖는 n-형 GaAs 에피택셜 층을 얻었다.

[실시예 3]

유출 셀(cell)형태로 된 테트라메틸주석 공급원을 통과하는 수소의 유속을 0.3cm³/분으로 감소시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 성장 조건들을 사용하여 7.2×10¹⁷원자/cm³의 주석 도우펀트 농도를 갖는 n-형 GaAs 에피택셜 층을 얻었다.

[실시예 4]

테트라메틸주석 공급원의 온도를 약-80℃ 내지 -85℃로 저하시키고, 유출 셀 형태로 된 테트라메틸주석 공급원을 통과하는 수소의 유속을 약 0.2cm³/분으로 감소시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 성장 조건들을 사용하여 9×10¹⁶원자/cm³의 주석 도우펀트 농도를 갖는 n-형 GaAs에피택셜 층을 얻었다.

[실시예 5]

테트라메틸주석 공급원의 온도를 약-110℃로 저하시키고, 반응실을 수냉시킴으로써 에피택셜 층 성장속도를 0.14μm/분으로 증기시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한, 성장 조건들을 사용하였다. 반응실물재킥(jacket)내의 물의 온도는 26° 내지 33℃로 유지시켰다. 3.0×10¹⁶원자/cm³의 주석 도우펀트 농도를 갖는 n-형 GaAs에피택셜 층을 얻었다.

테트라메틸주석 공급원의 온도를 점차로 저하시키고, 테트라메틸주석 유출원의 출구에서의 수소 유속을 감소시킴으로써, 1×10^l6원자/cm³이하의 주석 도우펀트 농도를 갖고, 균일한 물리적 및 전기적 특성을 갖는 에피택셜 층들을 적절히 MOCVD성장시킬 수 있었다.

지금까지, MOCVD반응기 시스템 내에서 성장된 반도체 에피택셜 층내의 도우펀트 또는 주요 합금성분으로서 원소 주석을 제공하기에 적합한 유기금속 화합물에 대해 기술하였다. GaAs 에피택셜 층들의 MOCVD성장방법과 관련하여 본 발명을 사용한 것은 단지 본 발명의 바람직한 실시태양을 기재한 것에 불과하다. 상기 기재내용에 비추어 볼 때, 본 발명의 상기 구체적으로 기재한 것과는 다른 방법으로도 사용될 수 있다.

Claims (7)

1. 반응실을 포함하는 금속유기 화학증착(MOCVD)시스템에서 특정 원소종을 포함하는 반도체 재료층을 상기 반응실내에 유지된 기판상에 에피택셜 증착시키는 방법에 있어서, 상기 원소종이 테트라메틸주석을 포함하는 증기상 유기금속 화합물의 분해에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 원소종이 도우펀트로서 작용하여 상기 반도체 재료층에 소정의 전도도 형태를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 반도체 재료가 GaAs이고, 상기 소정의 전도도 형태가 n-형인 것을 특징으로하는 방법.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 테트라메틸주석이 캐리어 가스에 의해 상기 반응실내로 운반되고, 상기 캐리어 가스에 의해 테트라메틸주석 공급원으로부터 픽업되는 상기 테트라메틸주석의 양이 상기 테트라메틸주석 공급원의 증기압에 의존하며, 이 증기압은 약-20.6℃내지 -I10℃범위로 상기 테트라메틸주석 공급원의 온도를 제어함으로써 가변적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 테트라메틸주석 공급원의 온도가 약-48℃내지 -110℃범위로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 층을 에피택셜 증착시키는 동안, 상기 기판의 온도를 약 400℃내지 900℃범위로 유지시키는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 기판이 약 700℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.